Digitální učební materiál Genové inženýrství Mgr. Simona Valošková listopad 2013 1

Digitální učební materiál Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0606 Název programu OP 1.5 Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu Inovace vzdělávacího procesu Číslo materiálu VY_32_INOVACE-4-12-BIO-15 Název školy Střední zdravotnická škola, Brno, Jaselská 7/9 Autor Mgr. Simona Valošková Vzdělávací oblast Biologie Tematická oblast Genetika Téma Genové inženýrství Ročník 4. (ZL), 2. (ZA) Datum tvorby Listopad 2013 Anotace Prezentace slouží k výkladu učiva. Metodický pokyn Doporučuji použít k vysvětlení a názorné výuce. 2

Genové inženýrství Definice Genové inženýrství se zabývá vytvářením pozměněných či nových genů nebo přípravou nových (nepřirozených) kombinací genů a jejich zaváděním do genomu organizmu s cílem rekonstruovat jejich genetickou výbavu a vytvářet tak geneticky modifikované (transgenní) organismy. nová éra biotechnologií

Přenos cizích genů do rostliny pomocí Ti- plazmidu Obr. 1

Klonování Genů (DNA) Buněk nebo organismů Vytváření identických kopií genu určitého organismu v buňkách jiného organismu Vytváření identických kopií buněk nebo organismů nepohlavní cestou Genové inženýrství vytváření transgenních organismů příprava látek v nepříbuzných organismech tvorba nových látek genová terapie Terapeutické klonování množení kmenových embryonálních buněk pro léčebné účely Reprodukční klonování identičtí jedinci (klony) Ovce Dolly

Transgenní organismy poskytují léky i potraviny VYUŽITÍ TRANSGENNÍCH ROSTLIN 1. Ovlivňování agronomických vlastností • rezistence k patogenům (hmyzu, virům, plísním apod.) • rezistence k herbicidům • tolerance ke stresum (suchu, mrazu, zasolení půd) 2. Modifikace užitných vlastností • prodloužení skladovatelnosti zpomalením zrání • rezistence k skládkovým chorobám • vylepšování nutriční hodnoty a chuti • produkce sekundárních metabolitu • produkce farmakologicky účinných látek (vitamíny, vakcíny) Technické plodiny • produkce modifikovaných olejů pro průmyslové využití • produkce biodegradovatelných plastů • produkce bionafty 3. Využití pro bioremediace (čištení prostředí) – tvorba mikroorganismů k čištění vody, půdy….

Mapa světové produkce GMO 2005 Normální a zlatá rýže obsahující betakaroten Země produkující více než 95 % GMO Ostatní země produkující GMO Experimentální pěstování Obr. 3 Obr. 2

Transgenoze živočichů - mnohem složitější VYUŽITÍ TRANSGENNÍCH ŽIVOČICHŮ • Zvířata obsahující gen pro růstový hormon – rychlejší růst • Přežvýkavci obsahující ve střevě GMO-mikroorganismy, které redukují toxicitu některých rostlin • Drůbež s pozměněnými trávicími schopnostmi (celulóza, tuky,..) • Drůbež se zvýšeným obsahem lysozymu ve vejcích (využití v průmyslu a farmakologii) • Ovce s vylepšenou srstí • Myši s pozměněnými nebo inaktivovanými geny studium lidských genetických poruch • Zvířata jako dárci orgánu • Zvířata produkující cizorodé látky v mléce, moči, krvi nebo tkáních (animal farming: zvírata jako bioreaktory)

Některé významné produkty: Inzulin (gen. modifikované bakterie 1982) Deoxyribonkleáza (gen. mod.buňky křečka 1994 - léčba cystické fibrózy) Lidský růstový hormon (gen. mod. bakterie 1985) Vakcína proti žloutence typu B (gen. mod. kvasinky 1986)

Geneticky modifikované myši obsahující gen GFP (kódující zelený fluoreskující protein – získaný z medúzy) Obr. 4

Zvířata jako živé továrny („animal farming“) Přenos vajíčka do náhradní matky Lidský gen v retrovirovém vektoru Injekce DNA do projádra oplozeného vajíčka Transgenní potomek, kterému se v mléčné žláze vytváří lidský protein Mléko obsahující lidský protein Izolace lidského proteinu Obr. 5

Genová terapie Léčba molekulárních dědičných chorob cestou transgenoze funkčních alel do lidských buněk. Vhodné jsou především buňky, které se dělí- kmenové buňky kostní dřeně kožní a epitelové. Buňky se infikuji virovým vektorem nebo přímo izolovanou DNA a vpraví se zpět do plochých kostí pacienta- předpokládá se, že se budou dělit a postupně nahradí buňky s mutovaným genem. Problémy: V praxi dochází často k vymizení upravených buněk a je nutno terapii opakovat. Není vhodné u polygenních chorob. Genová terapie stále ve vývoji, převažují aplikace u cystické fibrózy a nádorových onemocnění.

Rozdělení genové terapie PODLE TYPU BUNĚK, DO NICHŽ JSOU GENY VNÁŠENY: A. GENOVÁ TERAPIE ZÁRODEČNÝCH BUNĚK B. GENOVÁ TERAPIE SOMATICKÝCH BUNĚK PODLE ZPŮSOBU PŘENOSU GENU A. GENOVÁ TERAPIE IN VITRO (EX VIVO) B. GENOVÁ TERAPIE IN VIVO

Obr. 7 Obr. 6

Klonování Odebrání buněk z mléčné žlázy bílé ovce Obr. 8 Odebrání buněk z mléčné žlázy bílé ovce Odebrání neoplozeného vajíčka z ovce černohubky a vyjmutí jádra Umístění buněk do těsné blízkosti, jeden impulz navodí splynutí a druhý nastartuje buněčné dělení Narozené jehně Dolly má stejnou chromozomovou výbavu jako bílá ovce, z jejíž mléčné žlázy byla buňka odebrána Přenos vyvíjejícího se embrya do dělohy náhradní matky, která zárodek donosí

Internetové zdroje a literatura: Obr. 1: dílo autorky Obr. 2: PIXELTOO. World map GMO production 2005.png. In: Wikimedia Commons [online]. 2005 [cit. 2013-11-24]. Dostupné pod licencí Public Domain z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:World_map_GMO_production_2005.png Obr. 3: INTERNATIONAL RICE RESEARCH INSTITUTE (IRRI). Golden Rice.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2013-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Golden_Rice.jpg Obr. 4:DERIVATIVE WORKS OF THIS FILE:GFP MICE 01 COPY.JPG, Ingrid Moen, Charlotte Jevne, Jian Wang, Karl-Henning Kalland, Martha Chekenya, Lars A Akslen, Linda. GFP Mice 01.jpg. In: Wikimedia Commons [online]. 2012 [cit. 2013-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons Attribution 2.0 Generic z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:GFP_Mice_01.jpg Obr. 5: dílo autorky Obr. 6: PISUM NA PODSTAWIE PRACY LIZANNE KOCH. File:In vivo gene therapy pl.jpg. In: Wikimedia Commons [online]. 2012 [cit. 2013-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:In_vivo_gene_therapy_pl.jpg?uselang=cs Obr. 7: PISUM NA PODSTAWIE PRACY LIZANNE KOCH. ExVivoGeneTherapy pl.jpg. In: Wikimedia Commons [online]. 2012 [cit. 2013-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ExVivoGeneTherapy_pl.jpg Obr. 8: dílo autorky JELÍNEK, Jan a Vladimír ZICHÁČEK. Biologie pro gymnázia: (teoretická a praktická část). 7. aktualiz. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2004, 573 s., barevné přílohy. ISBN 80-718-2177-2. ŠMARDA, Jan. Genetika: pro gymnázia. 1. vyd. Praha: Fortuna, 2003, 143 s. ISBN 80-716-8851-7. KOČÁREK, Eduard. Genetika: obecná genetika a cytogenetika, molekulární biologie, biotechnologie, genomika. 2. vyd. Praha: Scientia, 2008, 211 s. ISBN 978-80-86960-36-4. 16

Materiály jsou určeny pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízení. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu.